发动机、变速箱基本工作原理

1、发动机、变速箱基本工作原理一、基本理论汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机 内部燃烧汽油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机燃烧在发动机内部发 生。有两点需注意：1. 内燃机也冇其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各冇各的优点和缺点。2. 同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃 料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸气，然后蒸气进入发动机内部來产生 动力。内燃机的效率比外燃机高不少，也比相同动力的外燃机小很多。所以，现代 汽车不用蒸汽机。相比之下，内燃机比外燃机的效率高，比燃气轮机的价格便宜，比电动汽车容易 添加燃料。这些优点使得大部

2、分现代汽车都使用往复式的内燃机。二、燃烧是关键汽车的发动机-般都采用4冲程。（马自达的转子发动机在此不讨论，汽车陆报 曾做过介绍）4冲程分别是：进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程，发动机完成一个周 期（2圈）。理解4冲程活塞，它由一个活塞杆和曲轴相联，过程如下1. 活塞在顶部开始，进气阀打开，活塞往下运动，吸入油气混合气2. 活塞往顶部运动來压缩油气混合气，使得爆炸更有威力。3. 当活塞到达顶部时，火花塞放出火花来点燃油气混合气，爆炸使得活塞再次 向下运动。4. 活塞到达底部，排气阀打开，活塞往上运动，尾气从汽缸由排气管排出。 注意：内燃机最终产生的运动是转动的，活塞的直线往复运动最终由曲

3、轴转化为 转动，这样才能驱动汽车轮胎。三、汽缸数发动机的核心部件是汽缸，活塞在汽缸内进行往复运动，上面所描述的是单汽缸 的运动过程，而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的（4缸、6缸、8缸比较 常见）。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类：直列、v或水平对置（当 然现在还有大众集i才i的w型，实际上是两个v组成）。见下图 水平对置4缸不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺 点，配备在相应的汽车上。四、排量混合气的压缩和燃烧在燃烧室里进行，活塞往复运动，你可以看到燃烧室容积的 变化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（l）或毫升（cc）來度量。汽车 的排量一般在1.

4、5c4. olz间。每缸排量0. 5l, 4缸的排量为2. 0l,如果v型 排列的6汽缸，那就是v6 3.0升。一般来说，排量表示发动机动力的大小。所以增加汽缸数量或增加每个汽缸燃烧室的容积可以获得更多的动力。五、发动机的其他部分凸轮轴 控制进气阀和排气阀的开闭火花塞火花塞放出火花点燃油气混合气，使 得爆炸发生。火花必须在适当的吋候放出。阀门进气、出气阀分别在适当的时候打开來吸入油气混合气和排出尾气。在压 缩和燃烧时，这两个阀都是关闭的，来保证燃烧室的密封。活塞环在气缸壁和活塞屮提出密封：1. 防止在压缩和燃烧时油气混合气和尾气泄漏进润滑油箱。2. 防止润滑油进入汽缸内燃烧。大多“烧机油”的汽

5、车就是因为发动机太旧：活塞环不再密封引起的（尾气管冒 青烟）活塞杆连接活塞环和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动。润滑油槽 包围着曲轴，里面有相当数量的油.动变速箱的基本工作原理-、变速箱的作用 发动机的物理特性决定了变速箱的存在。首先，任何发动机都冇其峰值转速；其 次，发动机最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。比如，发动机最大功率出 现在5500转。变速箱可以在汽车行驶过程屮在发动机和车轮z间产生不同的变 速比，换档可以使得发动机工作在其最佳的动力性能状态下。理想情况下，变速 箱应具有灵活的变速比。无级变速箱(cvt)就具有这种特性，可以较好的发挥 发动机的动力性能。二、cvt无级变速箱有

6、着连续的变速比。其一直因为价格、尺寸及可靠性的关系而没有大 量装备汽车。现在，改进的设计使得cvt的使用已比较普遍。国产 audi 2. 8 cvt变速箱通过离合器与发动机相连，这样，变速箱的输入轴就可以和发动机达到同 步转速奔驰c级sport coupe 6速手动变速箱一个5档的变速箱捉供5种不同的变速比，在输入轴和输出轴间产生转速差。见 下表：三、简单的变速箱模型 为了更好的理解变速箱的工作原理，下面让我们先来看一个2档变速箱的简单模 型，看看各部分之间是如何配合的：?输入轴(绿色)通过离合器和发动机相连，轴和上面的齿轮是一个部件。?轴和齿轮（红色）叫做中间轴。它们一起旋转。轴（绿色）旋转

7、通过啮合的齿 轮带动屮间轴的旋转，这吋，屮间轴就可以传输发动机的动力了。?轴（黄色）是一个花键轴，直接和驱动轴相连，通过羌速器來驱动汽车。车轮 转动会带着花键轴一起转动。?齿轮（蓝色）在花键轴上自由转动。在发动机停止，但车辆仍在运动小吋，齿 轮（蓝色）和中间轴都在静止状态，而花键轴依然随车轮转动。?齿轮（蓝色）和花键轴是由套筒来连接的，套筒可以随着花键轴转动，同时也 可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮（蓝色）。1档挂进1档时，套筒就和右边的齿轮（蓝色）啮合。见下图如图所示，输入轴（绿色）带动中间轴，中间轴带动右边的齿轮（蓝色），齿轮 通过套筒和花键轴相连，传递能量至驱动轴上。在这同吋，左边的

8、齿轮（蓝色） 也在旋转，但曲于没有和套筒啮合，所以它不对花键轴产生影响。当套筒在两个齿轮屮间时（第一张图所示），变速箱在空挡位置。两个齿轮都在 花键轴上自由转动，速度是由中间轴上的齿轮和齿轮（蓝色）间的变速比决定的四、真正的变速箱如今，5档手动变速箱应用已经很普遍了，以下是其模型。换档杆通过三个连杆连接着三个换档叉，见图在换挡杆的屮间有个旋转点，当你拨入1档吋，实际上是将连杆和换档叉往反方 向推你左右移动换档杆吋，实际上是在选择不同的换档叉（不同的套筒）；前后移动 时则是选择不同的齿轮（蓝色）倒档通过一个中间齿轮（紫色）来实现。如图所示，齿轮（蓝色）始终朝其他 齿轮（蓝色）相反的方向转动。因此

9、，在汽车前进的过程屮，是不可能挂进倒档 的，套筒上的齿和齿轮（蓝色）不能啮合，但是会产生很大的噪音。同步装置同步是使得套筒上的齿和齿轮（蓝色）啮合2前产生一个摩擦接触，见卜图齿轮（蓝色）上的锥形凸出刚好卡进套筒的锥形缺口，两者之间的摩擦力使得套 筒和齿轮（蓝色）同步，套筒的外部滑动，和齿轮啮合。汽车厂商制造变速箱时有齐口的实现方式，这里介绍的是一个基木的概念!变速箱发展至今，已经冇手排档，自动排档的设计，其中自排变速箱更发展出无 段变速系统，或手自变速系统，然而，它们都一样有共同的功能：（1）传递引擎的输出动力（2）能变换齿轮的组合以应付不同需求现在我们來看看手排变速箱的基本构造：变速箱输入轴

10、通过离合器，变速箱输入轴跟引擎的曲轴连接在一起，它的功能就是输入引 擎的动力。变速箱输出轴变速箱输出轴和汽车的传动装置直接连接在一起，把动 力输出使用。排档机构这个机构就是整个变速箱功能的地方，它就是各种齿轮的 地方，藉曲不同的组合，实现变速箱操作的目的。同步器同步器的目的是帮助变速齿轮能同步咬合，确保变速箱换档操作时的 平顺。其实，变速箱是一个精密度相当高且复杂的机械，直到今天，大多数的车 厂是不自己生产变速箱的，也许你不相信，但是，这些车厂都交给专门在设计变 速箱的公司來生产，无论是手排、自排，还是手-自排的变速箱，都冇很冇名的 公司在专司的，如响誉世界的德国zf, m-benz全车系阶采

11、该公司的变速箱。离 合器离合器就是专司动力传递的接合或分离的装置。手排变速箱所使用的是属 于”磨擦片离合器”，利用磨擦片的磨擦来产生力矩，来传递动力。一片磨擦片与动力输入端连接，另一片与变速箱输出端连接，当两片紧紧接 合时，动力就接通了，而两片分开时，动力就切断。齿轮比的意义与重要性变速箱的重要动作就是更换不同的齿轮组合，我们可以拨动手排档的档位來改变 齿轮的相对位子，借着不同齿轮间的咬合与连接，以达到变换“齿轮比”（简称 齿比）的目的，完成我们换档的目的。我们骑山地自行车时所给我们的实际经验就可以体会的到，当我们想快速起步 时，我们可以把前轮换成小齿轮，后轮换成大齿轮，这时我们就可以轻易且快

12、速 地起步。随着脚踏车速度的增加，我们会发现脚再怎么用力踩，速度述是增加冇 限。这时候，我们可以变换后轮的齿轮由大换成小，再把前轮换成较大的齿轮， 这吋踏板的感觉变重了，但是不必像之前踩的这么多圈，脚踏车的速度可以更快 t同样的道理，我们汽车在设计使用上时，并不是直接把引擎的输出接到传动轴上, 而是接到变速箱上面，再由变速箱的输出轴接到传动轴上输出。汽车在起步时， 需要先克服静摩擦力，然后再推动车身前进，这吋是需要较大的扭力来帮忙的； 于是低档位（一档）时，是类似脚踏车起步的“前面小齿轮，后面大齿轮”的设计, 当车速越来越快时，我们不必需要这么大的扭力输出，在高速档时，变速箱将换 成类似骑脚踏

13、车时的“后而小齿轮，前而大齿轮”的设定。无论是手排还是自排，都有变换齿轮组合以达成更换齿轮比的动作，而“齿轮 比”我们定义成：被动齿轮的大小（半径）/驱动齿轮的大小（半径）；我们以一台 派里奥1. 5来举例：这台车有1070kg重，它有85hp/5500rpm与122. 5nm/4500rpm 的动力性能，原厂提供的齿比资料是：一档（1速）是3. 500；二档（2速）1. 952；三档（3速）是1. 323；四档（4速）是0. 972； 五档（5速）是0. 769,而倒退档是3.643；就一档而言：3. 500就是被动齿轮的 大小（out郅put）/驱动齿轮的大小（input）是3. 500,

14、因此,当引擎在4500rpm 时冇122. 5nm的扭力值，此时真正推动车身上的扭力就是:122.5nmx3.5o一档吋高达3. 5的齿轮比，原厂的用意就相当明显：起步时会很有力。在市区行 驶，走走停停的，这样的设计是有助于起步冲刺；而各档位的齿轮比或档位间齿 比的差异，都是影响车了的运动性能，高齿比是为了扭力，而高档（四档或五档） 的低齿比就是为了高速行驶与引擎提速的发挥了。此外还要考虑换档吋的动力差异不致于过大。那到底要如何设定齿轮比呢？因为 齿比过高，就转的慢；齿比太低又有扭力不足的口j能，各档齿比又不能差异过人。 怎么办呢?你一定想的到：那就发展更多的档位，各档间可以调整成更缜密的齿

15、比变化。而紧密的齿比变化就是动力衔接顺畅，拉转速换档快速的优点，因此， 高性能车款都是采用多档位且紧密度良好的变速箱，如五档位的自排变速箱，或 六档位甚至于七档位的手排变速箱。变速箱的密齿比设置与动力输出息息相关，就拿五速手排和六速手排来说吧：许多人会将密齿比与六速手排划等号，事实上,六速手排不一定采用密齿比设定, 但多出一个挡位，更容易在急速与加速中找到平衡，五速的密齿比变速箱虽然可 以将转速落差缩小，让动力衔接更加紧密，但却出现牺牲急速的困扰，2003年 国内氏春站拉力赛1. 6升组比赛由于氏直路段居多，所以任志国驾驶的民用变速 箱的捷达轻松的战胜了密齿比急速只有140km/h的大众pol

16、o赛车。这吋若多出 第六个挡则可以将急速在往上推，试想在300km/h的速度范围中，分别采用5 个挡位和6个挡位间隔，六挡可以取得更加紧密的齿比衔接。我们以skyline gt-r为例，nismo在1998年以r33 gt-r为基础,打造出史上 最强的nismo 400r,售价达到1200万日元，最大马力直奔400ps,堪称日木最 快和最贵的国产车，总共生产了 40部。nismo 400r的变速箱与r33 gt-r相同, 皆为got rag制fs5r30a五速手排变速箱，然而r34 gt-r于1999年1月现身， 改搭载getrag制fs6r93a六速手排变速箱。拥冇两部分别搭载5mt和6mt的 400r,动力输出、底盘完全相同的条件下，最适合比较变速箱的差异。无论是r33gt-r的5mt或是r34gt-r的6mt的变速箱，齿比曲线都不算锦密，5mt 对应的极限速度可以直上317km/h,而6mt更高达349km/h,原厂gt-r只有280ps 最大马力，若是解除速限后，急速约在270km/h的水平，五扌当与六扌当的作用未完 全发挥;而nismo 400r的rb-x gt2引擎，最大马力